Ieder gebouw een windmolen

br />
Ir.ing. Sander Mertens heeft een opvallend idee. De promovendus bij civiele techniek vraagt zich af hoe het zou zijn als er een enorm, rond gat zou zitten in de TU-flat van elektro bij hem aan de overkant. Windmolen ophangen in het gat, elektriciteitsgenerator eraan, klaar. Wat je dan hebt? Misschien wel een ideale manier om windenergie op te wekken, vermoedt Mertens.

De afgelopen tijd heeft Mertens met computersimulaties en windtunnelmetingen uitgedokterd wat een flat met een windturbine erin precies zou uithalen. Heel wat, blijkt uit de cijfers. Tussen voor- en achterkant van een flat ontstaan immers grote drukverschillen, omdat de wind de lucht aan de ene kant tegen de gevel samendrukt en aan de windafwaartse zijde juist wegsleurt. Iedereen die wel eens twee ramen tegen elkaar heeft opengezet weet wat voor luchtstroom dat teweeg kan brengen. ,,Zo’n gat lijkt best een aardig idee”, zegt Mertens. ,,We hebben in Nederland veel platte gebouwen, omdat de Arbo-wet voorschrijft dat er daglicht moet zijn op je werkplek.”

Mertens doet onderzoek naar wat onderhand geldt als een van de meest opwindende ontwikkelingen in het windmolenonderzoek: de verwerking van windmolens in gebouwen. ,,Er is steeds meer aandacht voor zuinige gebouwen”, vertelt Mertens. ,,Elektriciteit leveren achter de meter bespaart transportkosten, en zorgt voor een besparing op de rekening. Daarom is het aanbrengen van windturbines in en op gebouwen zo aantrekkelijk. We zijn gewend om te denken in termen van energiecentrales. Maar volgens mij komt daarin verandering. We gaan toe naar decentrale energieopwekking. Met windenergie, zonne-energie, warmtekrachtapparaten; noem maar op. Wie weet verkopen we straks energie aan het elektriciteitsbedrijf, in plaats van andersom.”

Spinnenweb

De flat met het gat erin is wat dat betreft maar een van de mogelijkheden. Bij Mertens hangen nog wat ideeën aan de muur. Er is het ontwerp van een Twin Towers-achtig kantorencomplex, met tussen de torens een soort spinnenweb waarin een gigantische windturbine bungelt. Daarnaast hangt de tekening van een futuristisch ogend kantoorgebouw, voorzien van draaiende ‘slagroomkloppers’, ofwel windturbines van het Darrieus-type. En dan is er het meest adembenemende ontwerp: een door een Engels-Duits team uitgedokterd, aërodynamisch gestroomlijnd kantoorpand, dat helemaal is vormgegeven om de wind naar de drie reusachtige windmolens te leiden die in het gebouw zijn verwerkt. Geen van de gebouwen bestaat al. Maar daarin komt binnen een jaar of vijf á tien verandering, is de verwachting.

Ieder gebouw zijn windmolen. Het is een idee waar vreemd genoeg maar een select groepje onderzoekers serieus studie naar verricht. Een windmolen hoort thuis in een weiland of op een eiland voor de kust, maar niet in de bebouwde kom, luidde tot voor kort de algemeen geldende opvatting. Windmolens stonden immers bekend als onmogelijke dingen: ze maken herrie, wekken heftige trillingen op en zijn zwaar.

Maar minstens even belangrijk is de wind in de stad. In de bebouwde kom waait het gemiddeld maar met tweederde van de windsnelheid die over het platteland jaagt. En de wind die er al is, wordt door de bebouwing zonder pardon vermalen tot een chaotische wirwar van wervelingen. Laat je windmolen daar maar eens wijs uit worden. Vlakbij gebouwen kan de windsnelheid fors oplopen. En op het dak is de luchtstroom weer grillig: de wind komt niet mooi recht aan, maar wordt door de botsing tegen de gevel schuin omhoog over het dak geperst.

Oplossing

Mertens en zijn opdrachtgever, het Lochemse advies- en onderzoeksbureau Core international, denken dat ze de ideale oplossing voor dat laatste probleem hebben gevonden. Turby, heet die oplossing: een molentje van zo’n honderd kilo, dat speciaal is ontworpen voor gebruik op het dak. Het geheim van de drie meter hoge turbine zit hem in de bladen. Die zijn precies zó gevormd dat Turby ook wind opvangt die schuin van onderen komt. Sterker nog, Turby kan beter uit de voeten met scheve aanstroming dan met horizontale wind. De molen bereikt twee- tot vierhonderd omwentelingen per minuut en genereert een vermogen van zo’n 2,5 kilowatt bij windkracht zes. ,,Dat betekent dat we erg goed zitten”, zegt directeur ir. Dick Sidler Core International. ,,We verwachten dat de Turby op hoge gebouwen het dubbele opbrengt van een gewone, verticale turbine.”

Geen wonder dus dat Sidler en Mertens hoge verwachtingen hebben. De molen zou in staat moeten zijn anderhalf gezin te voorzien van stroom. Over enkele maanden zullen de eerste twintig Turby’s gaan proefdraaien op daken in onder meer Rotterdam en Tilburg. Als de proeven slagen, kan de massaproductie beginnen. Turby kan dan door een speciale montageploeg in een paar uur en zonder hijskraan op het dak worden aangesloten. Overigens vereist Turby wel dat er een aparte elektriciteitsgroep wordt aangelegd.

,,We verwachten binnen een paar jaar tijd minstens duizend eenheden per jaar te kunnen afzetten”, zegt Sidler. ,,We worden benaderd vanuit zo’n beetje de hele wereld. De belangstelling is gigantisch. Turby is bedoeld voor op hoge gebouwen, en als je kijkt wat er in Nederland aan dergelijke daken ligt, is dat een potentieel van zo’n honderdduizend units.”

Münchausen-verhaal

Maar niet iedereen is overtuigd. Zoals ir. Hans Halkema, gepensioneerd directielid van het energietechniekbedrijf ABB en auteur van het zeer kritische boek ‘Windmolens: fictie en feiten’. ,,Een krankzinnig apparaat”, vindt Halkema de Turby. En de beloftes van de makers vindt hij ‘Baron van Münchausen-verhalen’. En gebouwen met windturbines erin verwerkt? ,,God wat leuk. Dat brengt een boel op, zeker? Wat een Willy Wortels. Ik moet gieren van het lachen.”

Halkema vindt dat de investering in windenergie niet in verhouding staat tot de opbrengst. Daarvoor is wind een te onhandig medium % te vluchtig, te licht, te onbetrouwbaar. Dat geldt ook voor de Turby, vermoedt hij, overigens zonder zich erg in de dakturbine te hebben verdiept. ,,Jos Beurskens van ECN Petten (Energie-onderzoekscentrum Nederland, red.) schreef mij een jaar of drie geleden nog dat er aan de opbrengst van windturbines absoluut niets meer valt te verbeteren. Het kán gewoon niet. Hoeveel energie en intellectuele inspanning gaat er zitten in het maken van die dingen? En dat allemaal om een vermogen op te wekken van honderd watt, of misschien zelfs wel een heuse kilowatt! Dat is doodzonde van de inspanning.” Want de windmolen betekent minder aandacht voor andere alternatieven, zoals brandstofcellen, geothermische energie en kernenergie, stelt Halkema.

Op het succesverhaal van Turby valt inderdaad iets af te dingen. De molen moet bij serieproductie zo’n achtduizend euro gaan kosten. Dat betekent dat het gemiddelde gezin op zijn vroegst na dertien jaar uit de kosten is % reparatie- en vervangingskosten niet meegerekend. Maar Turby is dan ook niet bedoeld voor particulieren, weet prof.dr.ir. Gijs van Kuik. ,,Voor gezinnen is zo’n termijn te lang. Voor bedrijven niet.”

Een ander probleem is, het ligt voor de hand, de wind. Het vermogen van een windturbine verandert met een macht drie van de windsnelheid. In praktijk betekent dit dat iets minder wind zich al snel vertaalt in een enorm energieverschil. Zo ook de Turby. Bij zwakke tot matige wind genereert het molentje amper genoeg energie om een gloeilamp te laten branden; bij windkracht vier is de opbrengst een paar honderd watt en pas bij krachtige wind schiet het vermogen omhoog tot meer dan een kilowatt. Daarna slaat Turby echter af: de turbine is voorzien van een lichte generator, en die is niet berekend op windkracht zeven en hoger.

Core houdt daarom een ruime marge aan: Turby zou jaarlijks tussen de twee- en de vijfduizend kilowattuur aan elektriciteit opwekken. ,,Het is uitermate belangrijk dat de Turby op daken staat waar hij kan rekenen op verhoogde windsnelheid”, stelt Sidler. Mertens op zijn beurt durft een uitspraak in kilowatturen ‘gezien de huidige kennis van windstroming rond gebouwen’ niet eens aan.

Efficiënt

Veel hangt af van de praktijkproeven. Core wil de proef-Turby’s verspreid over het hele land op daken zetten: iedere regio zijn eigen wind. Intussen wordt de dakturbine met gejuich ontvangen. Turby is bij financiers Novem en Senter uitgeroepen tot meest succesvolle subsidieproject en kan inmiddels rekenen op belangstelling van Eneco en een aantal grote multinationals.

Het draait bij windenergie allemaal om de centen, klaagt Halkema. ,,Maar is het ook echt nuttig? Over die vraag gaat het helaas nauwelijks.” Sidler, gebeten: ,,Daarover gaat het voortdurend! Alleen wil Halkema het hem onwelgevallige antwoord niet horen. Daarom doet hij of die vraag niet wordt gesteld.”

Mertens bekijkt het pragmatisch. ,,De markt vraagt ons wat de mogelijkheden zijn en streeft naar een snelle invoer van windenergie in de bebouwde omgeving. Het is zaak die innovatie in zo goed mogelijke banen te leiden. En de belangstelling is groot. In plaats van not in my backyard noemen we het wel eens please in my backyard.”

Ook de gebouwen met een ingebouwde windturbine hebben de wind mee. Op een proefveld van het Britse Rutherford Appleton laboratorium staat al geruime tijd een zeven meter hoog schaalmodel van een flat met turbines proef te draaien. Het gebouw moet straks tenminste twintig procent van zijn eigen elektriciteitsbehoefte opwekken. ,,Voor bedrijven is zo’n gebouw tevens een mooi, opvallend, milieuvriendelijk visitekaartje”, zegt Mertens. ,,Pas nog werd ik gebeld door de Rabobank: hoe ver zijn jullie?”

Na de zee en het platteland maakt de windmolen zich op om ook de stad te veroveren. Een nieuw soort windturbine voor op het dak zou de eerste aanzet moeten zijn.

Ir.ing. Sander Mertens heeft een opvallend idee. De promovendus bij civiele techniek vraagt zich af hoe het zou zijn als er een enorm, rond gat zou zitten in de TU-flat van elektro bij hem aan de overkant. Windmolen ophangen in het gat, elektriciteitsgenerator eraan, klaar. Wat je dan hebt? Misschien wel een ideale manier om windenergie op te wekken, vermoedt Mertens.

De afgelopen tijd heeft Mertens met computersimulaties en windtunnelmetingen uitgedokterd wat een flat met een windturbine erin precies zou uithalen. Heel wat, blijkt uit de cijfers. Tussen voor- en achterkant van een flat ontstaan immers grote drukverschillen, omdat de wind de lucht aan de ene kant tegen de gevel samendrukt en aan de windafwaartse zijde juist wegsleurt. Iedereen die wel eens twee ramen tegen elkaar heeft opengezet weet wat voor luchtstroom dat teweeg kan brengen. ,,Zo’n gat lijkt best een aardig idee”, zegt Mertens. ,,We hebben in Nederland veel platte gebouwen, omdat de Arbo-wet voorschrijft dat er daglicht moet zijn op je werkplek.”

Mertens doet onderzoek naar wat onderhand geldt als een van de meest opwindende ontwikkelingen in het windmolenonderzoek: de verwerking van windmolens in gebouwen. ,,Er is steeds meer aandacht voor zuinige gebouwen”, vertelt Mertens. ,,Elektriciteit leveren achter de meter bespaart transportkosten, en zorgt voor een besparing op de rekening. Daarom is het aanbrengen van windturbines in en op gebouwen zo aantrekkelijk. We zijn gewend om te denken in termen van energiecentrales. Maar volgens mij komt daarin verandering. We gaan toe naar decentrale energieopwekking. Met windenergie, zonne-energie, warmtekrachtapparaten; noem maar op. Wie weet verkopen we straks energie aan het elektriciteitsbedrijf, in plaats van andersom.”

Spinnenweb

De flat met het gat erin is wat dat betreft maar een van de mogelijkheden. Bij Mertens hangen nog wat ideeën aan de muur. Er is het ontwerp van een Twin Towers-achtig kantorencomplex, met tussen de torens een soort spinnenweb waarin een gigantische windturbine bungelt. Daarnaast hangt de tekening van een futuristisch ogend kantoorgebouw, voorzien van draaiende ‘slagroomkloppers’, ofwel windturbines van het Darrieus-type. En dan is er het meest adembenemende ontwerp: een door een Engels-Duits team uitgedokterd, aërodynamisch gestroomlijnd kantoorpand, dat helemaal is vormgegeven om de wind naar de drie reusachtige windmolens te leiden die in het gebouw zijn verwerkt. Geen van de gebouwen bestaat al. Maar daarin komt binnen een jaar of vijf á tien verandering, is de verwachting.

Ieder gebouw zijn windmolen. Het is een idee waar vreemd genoeg maar een select groepje onderzoekers serieus studie naar verricht. Een windmolen hoort thuis in een weiland of op een eiland voor de kust, maar niet in de bebouwde kom, luidde tot voor kort de algemeen geldende opvatting. Windmolens stonden immers bekend als onmogelijke dingen: ze maken herrie, wekken heftige trillingen op en zijn zwaar.

Maar minstens even belangrijk is de wind in de stad. In de bebouwde kom waait het gemiddeld maar met tweederde van de windsnelheid die over het platteland jaagt. En de wind die er al is, wordt door de bebouwing zonder pardon vermalen tot een chaotische wirwar van wervelingen. Laat je windmolen daar maar eens wijs uit worden. Vlakbij gebouwen kan de windsnelheid fors oplopen. En op het dak is de luchtstroom weer grillig: de wind komt niet mooi recht aan, maar wordt door de botsing tegen de gevel schuin omhoog over het dak geperst.

Oplossing

Mertens en zijn opdrachtgever, het Lochemse advies- en onderzoeksbureau Core international, denken dat ze de ideale oplossing voor dat laatste probleem hebben gevonden. Turby, heet die oplossing: een molentje van zo’n honderd kilo, dat speciaal is ontworpen voor gebruik op het dak. Het geheim van de drie meter hoge turbine zit hem in de bladen. Die zijn precies zó gevormd dat Turby ook wind opvangt die schuin van onderen komt. Sterker nog, Turby kan beter uit de voeten met scheve aanstroming dan met horizontale wind. De molen bereikt twee- tot vierhonderd omwentelingen per minuut en genereert een vermogen van zo’n 2,5 kilowatt bij windkracht zes. ,,Dat betekent dat we erg goed zitten”, zegt directeur ir. Dick Sidler Core International. ,,We verwachten dat de Turby op hoge gebouwen het dubbele opbrengt van een gewone, verticale turbine.”

Geen wonder dus dat Sidler en Mertens hoge verwachtingen hebben. De molen zou in staat moeten zijn anderhalf gezin te voorzien van stroom. Over enkele maanden zullen de eerste twintig Turby’s gaan proefdraaien op daken in onder meer Rotterdam en Tilburg. Als de proeven slagen, kan de massaproductie beginnen. Turby kan dan door een speciale montageploeg in een paar uur en zonder hijskraan op het dak worden aangesloten. Overigens vereist Turby wel dat er een aparte elektriciteitsgroep wordt aangelegd.

,,We verwachten binnen een paar jaar tijd minstens duizend eenheden per jaar te kunnen afzetten”, zegt Sidler. ,,We worden benaderd vanuit zo’n beetje de hele wereld. De belangstelling is gigantisch. Turby is bedoeld voor op hoge gebouwen, en als je kijkt wat er in Nederland aan dergelijke daken ligt, is dat een potentieel van zo’n honderdduizend units.”

Münchausen-verhaal

Maar niet iedereen is overtuigd. Zoals ir. Hans Halkema, gepensioneerd directielid van het energietechniekbedrijf ABB en auteur van het zeer kritische boek ‘Windmolens: fictie en feiten’. ,,Een krankzinnig apparaat”, vindt Halkema de Turby. En de beloftes van de makers vindt hij ‘Baron van Münchausen-verhalen’. En gebouwen met windturbines erin verwerkt? ,,God wat leuk. Dat brengt een boel op, zeker? Wat een Willy Wortels. Ik moet gieren van het lachen.”

Halkema vindt dat de investering in windenergie niet in verhouding staat tot de opbrengst. Daarvoor is wind een te onhandig medium % te vluchtig, te licht, te onbetrouwbaar. Dat geldt ook voor de Turby, vermoedt hij, overigens zonder zich erg in de dakturbine te hebben verdiept. ,,Jos Beurskens van ECN Petten (Energie-onderzoekscentrum Nederland, red.) schreef mij een jaar of drie geleden nog dat er aan de opbrengst van windturbines absoluut niets meer valt te verbeteren. Het kán gewoon niet. Hoeveel energie en intellectuele inspanning gaat er zitten in het maken van die dingen? En dat allemaal om een vermogen op te wekken van honderd watt, of misschien zelfs wel een heuse kilowatt! Dat is doodzonde van de inspanning.” Want de windmolen betekent minder aandacht voor andere alternatieven, zoals brandstofcellen, geothermische energie en kernenergie, stelt Halkema.

Op het succesverhaal van Turby valt inderdaad iets af te dingen. De molen moet bij serieproductie zo’n achtduizend euro gaan kosten. Dat betekent dat het gemiddelde gezin op zijn vroegst na dertien jaar uit de kosten is % reparatie- en vervangingskosten niet meegerekend. Maar Turby is dan ook niet bedoeld voor particulieren, weet prof.dr.ir. Gijs van Kuik. ,,Voor gezinnen is zo’n termijn te lang. Voor bedrijven niet.”

Een ander probleem is, het ligt voor de hand, de wind. Het vermogen van een windturbine verandert met een macht drie van de windsnelheid. In praktijk betekent dit dat iets minder wind zich al snel vertaalt in een enorm energieverschil. Zo ook de Turby. Bij zwakke tot matige wind genereert het molentje amper genoeg energie om een gloeilamp te laten branden; bij windkracht vier is de opbrengst een paar honderd watt en pas bij krachtige wind schiet het vermogen omhoog tot meer dan een kilowatt. Daarna slaat Turby echter af: de turbine is voorzien van een lichte generator, en die is niet berekend op windkracht zeven en hoger.

Core houdt daarom een ruime marge aan: Turby zou jaarlijks tussen de twee- en de vijfduizend kilowattuur aan elektriciteit opwekken. ,,Het is uitermate belangrijk dat de Turby op daken staat waar hij kan rekenen op verhoogde windsnelheid”, stelt Sidler. Mertens op zijn beurt durft een uitspraak in kilowatturen ‘gezien de huidige kennis van windstroming rond gebouwen’ niet eens aan.

Efficiënt

Veel hangt af van de praktijkproeven. Core wil de proef-Turby’s verspreid over het hele land op daken zetten: iedere regio zijn eigen wind. Intussen wordt de dakturbine met gejuich ontvangen. Turby is bij financiers Novem en Senter uitgeroepen tot meest succesvolle subsidieproject en kan inmiddels rekenen op belangstelling van Eneco en een aantal grote multinationals.

Het draait bij windenergie allemaal om de centen, klaagt Halkema. ,,Maar is het ook echt nuttig? Over die vraag gaat het helaas nauwelijks.” Sidler, gebeten: ,,Daarover gaat het voortdurend! Alleen wil Halkema het hem onwelgevallige antwoord niet horen. Daarom doet hij of die vraag niet wordt gesteld.”

Mertens bekijkt het pragmatisch. ,,De markt vraagt ons wat de mogelijkheden zijn en streeft naar een snelle invoer van windenergie in de bebouwde omgeving. Het is zaak die innovatie in zo goed mogelijke banen te leiden. En de belangstelling is groot. In plaats van not in my backyard noemen we het wel eens please in my backyard.”

Ook de gebouwen met een ingebouwde windturbine hebben de wind mee. Op een proefveld van het Britse Rutherford Appleton laboratorium staat al geruime tijd een zeven meter hoog schaalmodel van een flat met turbines proef te draaien. Het gebouw moet straks tenminste twintig procent van zijn eigen elektriciteitsbehoefte opwekken. ,,Voor bedrijven is zo’n gebouw tevens een mooi, opvallend, milieuvriendelijk visitekaartje”, zegt Mertens. ,,Pas nog werd ik gebeld door de Rabobank: hoe ver zijn jullie?”